田雨，陳獻(xiàn)丘，夏軍，郝先哲，時(shí)曉娟，王方永，韓煥勇，羅宏海*

(1 石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832003； 2 新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)部西北內(nèi)陸區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000)

新疆是我國最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，其種植面積、總產(chǎn)、單產(chǎn)和調(diào)出量已連續(xù)24 a居全國首位[1]。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局[2]統(tǒng)計(jì)，2018年，新疆棉花種植面積和產(chǎn)量分別占全國的74.3%、83.8%。近年來隨著勞動(dòng)力成本急劇增加和科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，全程機(jī)械化成了新疆棉花種植的發(fā)展方向，并已經(jīng)開始大面積推廣，但機(jī)械采收漏采率高、采凈率低、原棉含雜率高、棉纖維品質(zhì)差等問題比較突出[3]。調(diào)整行株距配置是實(shí)現(xiàn)高密度與新技術(shù)結(jié)合的重要手段[4]。研究[5-6]表明，采用76 cm等行距密植的栽培模式可以有效協(xié)調(diào)棉花高產(chǎn)與適宜機(jī)采之間的矛盾。然而，有關(guān)等行距密植棉花高產(chǎn)及適宜機(jī)采機(jī)理的研究較少、基礎(chǔ)研究薄弱，限制了等行距密植技術(shù)增產(chǎn)及機(jī)采潛力的發(fā)揮。

水分是棉花生長及產(chǎn)量形成最主要的限制因素[7-8]。水分過多會(huì)使棉花植株旺長，一定程度上有利于高產(chǎn)[9]，但過大的棉花群體在生育后期易出現(xiàn)倒伏，影響棉花的正常脫葉和吐絮，不利于機(jī)械采收。在水分缺乏條件下棉花產(chǎn)量會(huì)顯著降低[10]，適度的水分調(diào)虧能夠協(xié)調(diào)生殖生長，促進(jìn)光合產(chǎn)物向產(chǎn)品器官運(yùn)轉(zhuǎn)與分配，為保鈴增產(chǎn)創(chuàng)造條件，有利于充分挖掘節(jié)水高產(chǎn)潛力，同時(shí)還能塑造具有適宜機(jī)械采收的棉花群體[11-12]。因此，在等行距密植條件下，探尋通過改變滴水量構(gòu)建既有利于高產(chǎn)又有利于機(jī)采的群體，對(duì)提高機(jī)械化作業(yè)質(zhì)量具有重要意義。為此，本研究以構(gòu)建既有利于高產(chǎn)、又適宜機(jī)采的群體為目標(biāo)，在等行距密植條件下，開展滴水量對(duì)不同抗旱性棉花品種產(chǎn)量、品質(zhì)及機(jī)采性狀影響的研究，旨在為棉花高效栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年4—10月在新疆農(nóng)墾科學(xué)院試驗(yàn)地(44°19′N，86°03′E)進(jìn)行，棉花生長季(4—10月)平均氣溫18.65 ℃，降水量211.7 mm，日照時(shí)數(shù)2077.3 h(新疆農(nóng)墾科學(xué)院氣象站提供)。試驗(yàn)地為壤土，含有機(jī)質(zhì)12.73 g·kg-1、有機(jī)碳7.38 mg·kg-1、全氮1.16 g·kg-1、速效鉀173 mg·kg-1、速效磷6.89 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)試驗(yàn)，主區(qū)為滴水量，設(shè)3 000(W1)、3 900(W2)、4 800(W3)m3·hm-2三個(gè)處理水平，分別為虧缺灌溉、限量灌溉、常規(guī)灌溉；副區(qū)為品種，抗旱性較強(qiáng)的新陸早22號(hào)(P22)和抗旱性較弱的新陸早17號(hào)(P17)，設(shè)3個(gè)重復(fù)。采用等行密植模式(2.05 m超寬膜，種植模式為一膜三行三條滴灌帶，行距為76 cm，株距為5.5 cm)[13]，于4月18—20日進(jìn)行播種，10月初收獲，6月25日進(jìn)頭水，8月20日停水，灌水周期為7～8 d，其他田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇镆恢?，具體滴水方案見下表(表1)。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 產(chǎn)量測定

在機(jī)采前(10月6日)選取一條膜上1.46 m長(3.33×10-4hm-2)的具有代表性樣點(diǎn)，調(diào)查該樣點(diǎn)內(nèi)的總株數(shù)、總鈴數(shù)，并實(shí)收稱重后扎花再稱重，計(jì)算單株鈴數(shù)、單鈴重和產(chǎn)量以及衣分。同時(shí)在每個(gè)小區(qū)取具有代表性的6株棉花調(diào)查鈴數(shù)并收取稱重，扎花后用于測定纖維品質(zhì)。

1.3.2 纖維品質(zhì)

采用HVI 900纖維檢測儀測定纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度、伸長率和馬克隆值等棉纖維品質(zhì)指標(biāo)。

1.3.3 機(jī)采性狀調(diào)查

在噴施脫葉催熟劑前1 d、后3、6、9、12、15、18、21、24 d，各小區(qū)調(diào)查連續(xù)15株的總鈴數(shù)、吐絮鈴數(shù)、青鈴數(shù)、正常葉片數(shù)，在收獲前調(diào)查干枯葉片數(shù)、懸掛葉片數(shù)；在機(jī)采前(10月1日)選取具有代表性的樣點(diǎn)調(diào)查總株數(shù)、倒伏株數(shù)。計(jì)算方法如下[14]：

干枯率(%)=機(jī)采前干枯葉片數(shù)/施藥前的總?cè)~片數(shù)×100%；

懸掛率(%)=機(jī)采前懸掛葉片數(shù)/施藥前的總?cè)~片數(shù)×100%；

脫葉率(%)=(Na-Nb)/Na×100%；

脫葉速度(%/d)=(N1-N2)/(Na·T)×100%；

自然吐絮率(%)=自然吐絮棉鈴數(shù)/棉鈴總數(shù)×100%；

吐絮速度(%/d)=(B1-B2)/(Ba·T)×100%；

吐絮率(%)=(Ba-Bb)/Ba×100%；

倒伏率(%)=倒伏株數(shù)/總株數(shù)×100%；

式中：Na、Nb分別為施藥前的葉片數(shù)和收獲時(shí)的葉片數(shù)；N1、N2分別為前后相鄰兩次調(diào)查時(shí)的葉片數(shù)；Ba、Bb分別為施藥時(shí)的棉鈴數(shù)和收獲時(shí)的棉鈴數(shù)；B1、B2分別為前后相鄰兩次調(diào)查時(shí)的棉鈴數(shù)；T為兩次調(diào)查間隔的天數(shù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行處理，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 12.5軟件進(jìn)行，顯著性檢驗(yàn)采用Duncan法進(jìn)行(P<0.05)，繪圖采用Sigmaplot 12.5軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成

方差分析表明(表2)，不同品種的單鈴重、單株鈴數(shù)、總鈴數(shù)、產(chǎn)量及衣分都具有顯著差異；水分對(duì)單株結(jié)鈴數(shù)、總鈴數(shù)及產(chǎn)量具有顯著影響，對(duì)單鈴重和衣分沒有顯著影響。P22與P17相比，單鈴重和籽棉產(chǎn)量分別高出14.4%和8.8%，但單株鈴數(shù)、總鈴數(shù)、皮棉產(chǎn)量和衣分分別低7.4%～15.9%；P17的單株鈴數(shù)、總鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量及皮棉產(chǎn)量均隨著滴水量的降低呈顯著下降趨勢，但P22的單株鈴數(shù)、總鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量在W3和W2條件下沒有顯著差異，而在W1條件下顯著降低，綜合分析，W3-P22、W3-P17、W2-P22處理的籽棉產(chǎn)量顯著高于其他處理，由于P17的衣分比P22顯著高出18.9%，導(dǎo)致W3-P17處理的皮棉產(chǎn)量顯著高于其他處理；互作分析表明，滴水量和品種對(duì)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素?zé)o顯著的互作效應(yīng)。

表2 不同處理下棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化

2.2 棉花纖維品質(zhì)

方差分析表明(表2)，纖維品質(zhì)性狀主要由品種決定，但滴水量對(duì)其亦有顯著影響。P22與P17相比，纖維長度、整齊度、斷裂比強(qiáng)度、伸長率高出2.13%～13.87%，但馬克隆值低5.79%。在W2和W3條件下，P17的各品質(zhì)指標(biāo)均沒有顯著差異；P22的整齊度指數(shù)、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度沒有顯著性差異，但纖維長度和伸長率有所降低。在W1條件下，P17的纖維長度、整齊度、斷裂比強(qiáng)度、伸長率顯著降低，馬克隆值顯著增加。同時(shí)，滴水量和品種對(duì)斷裂比強(qiáng)度和伸長率具有顯著的互作效應(yīng)，表明棉花纖維品質(zhì)主要由品種決定，適當(dāng)減少滴水量不會(huì)影響棉花纖維品質(zhì)，極度干旱對(duì)抗旱性較弱品種棉花的品質(zhì)具有顯著影響。

表3 不同處理下棉花纖維品質(zhì)指標(biāo)的變化

2.3 棉花脫葉吐絮性狀

2.3.1 脫葉率和脫葉速度

由圖1可知，在噴施藥后第3天，各處理的脫葉率沒有差異；在噴施藥12 d以后，W2-17和W3-17處理的脫葉率最高，W2-22和W3-22次之，W1-17和W1-22處理最低，同時(shí)各處理的脫葉率基本達(dá)到穩(wěn)定趨勢。表明脫葉率主要由品種決定，適當(dāng)減少灌水量并不會(huì)影響脫葉率。

同列標(biāo)的相同字母表示在Duncan’s分析中5%水平上沒有顯著性差異。圖1 不同處理下棉花脫葉率和脫葉速率的變化

對(duì)脫葉速度的測定表明，在噴施藥后第3天，W2-P17和W3-P17的脫葉速度顯著高于其他處理，在第6天時(shí)，W3-17的脫葉速度顯著最高，W1-P17和W1-P22處理的顯著最低；在第15天以后，各處理的脫葉速度顯著降低，基本處于停止?fàn)顟B(tài)。表明在噴施藥后的15 d內(nèi)脫葉速度較高(尤其是打藥后6 d內(nèi))，15 d內(nèi)未脫落的葉片在其后亦難脫落。

2.3.2 葉片懸掛率和干枯率

由圖2可知，P17的懸掛率隨滴水量的減少呈下降趨勢，而P22的懸掛率隨灌水量的減少呈先下降后升高趨勢，相同棉花品種的葉片懸掛率在W3和W2條件下差異不顯著，但在W1條件下，兩個(gè)品種的葉片懸掛率均顯著降低。

同列標(biāo)的相同字母表示在Duncan’s分析中5%水平上 沒有顯著性差異。圖2 不同處理下棉花葉片懸掛率和干枯率的變化

對(duì)脫葉速度的測定表明，P17的干枯率隨灌水量的減少呈下降趨勢，而P22的干枯率隨灌水量的減少呈上升趨勢，在W3和W2處理下，P17的干枯率顯著高于P22，但兩個(gè)品種的葉片干枯率在W3和W2條件下差異均不顯著。表明正常條件下葉片干枯率的高低主要由品種決定，限量灌溉不會(huì)影響葉片干枯率，但虧缺灌溉對(duì)抗旱性不同的棉花品種有不同的影響。

2.3.3 倒伏率和自然吐絮率

由圖3可知，在不同水分處理?xiàng)l件下，P17的倒伏率均高于P22，隨著滴水量的減少，P22的倒伏率呈降低趨勢，P17的倒伏率呈先降低后增加的趨勢，W2處理的兩個(gè)品種倒伏率均顯著低于W3處理。表明棉花倒伏率不僅由品種決定，還與滴水量有關(guān)，適當(dāng)降低滴水量可以防止棉花后期倒伏，但極度干旱反而會(huì)導(dǎo)致抗旱性較弱品種倒伏。

同列標(biāo)的相同字母表示在Duncan’s分析中5% 水平上沒有顯著性差異。圖3 不同處理下棉花倒伏率和自然吐絮率的變化

對(duì)自然吐絮率的調(diào)查表明，在不同水分處理下，P22的自然吐絮率均顯著高于P17，兩個(gè)品種的自然吐絮率在W3和W2處理下差異均不顯著，但W1處理的自然吐絮率均顯著高于W2和W3處理。表明棉花自然吐絮率主要由品種決定，限量灌溉不會(huì)影響自然吐絮率。

2.3.4 吐絮率和吐絮速度

試驗(yàn)表明(圖4)，在噴施藥后3 d，W1處理的吐絮率均達(dá)70%以上，在W2和W3條件下，P22的吐絮率分別為46.8%和50.4%，而P17的吐絮率均低于30%，且在噴施藥后3～12 d一直處于較低水平；在噴施藥18 d時(shí)，各處理吐絮率均達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；在機(jī)械采收時(shí)，W3-P22和W2-P17的吐絮率僅有92.4%和85.0%，其他處理的吐絮率為100%。表明抗旱性較強(qiáng)品種在正常灌溉下和抗旱性較弱品種在限量灌溉下均會(huì)影響最后的吐絮。同時(shí)在噴施藥后的18 d之內(nèi)未吐絮的棉鈴在其后亦難吐絮。

同列標(biāo)的相同字母表示在Duncan’s分析中5%水平上沒有顯著性差異。圖4 不同處理下棉花吐絮率和吐絮速率的變化

對(duì)吐絮速度的測定表明，W1處理的吐絮速率在噴施藥后第3天均最高，在第6天時(shí)迅速下降；W2-P17和W3-P17的吐絮速度在第3天時(shí)顯著低于其他處理，但在第15天時(shí)顯著高于其他處理；W2-P22和W3-P22的吐絮速度在第3、15天均處于中等水平。

3 討論

不同棉花品種對(duì)水分的響應(yīng)不同，棉花產(chǎn)量受滴水量的影響顯著[15-16]，滴水量過低不利于光合同化物的積累，滴水量過高不利于同化物向棉鈴的運(yùn)輸，因此，水分過高或過低均會(huì)影響產(chǎn)量的形成[17-19]。羅宏海等[20]研究發(fā)現(xiàn)，不同水分處理間的鈴重存在顯著差異，單株結(jié)鈴數(shù)也隨土壤水分的增加而顯著增加。姚名澤等[19]研究表明，衣分主要由品種決定，水分對(duì)其的影響較小。本研究發(fā)現(xiàn)，不同抗旱性棉花品種之間的單鈴重和衣分差異顯著，水分對(duì)單鈴重和衣分沒有顯著影響。此外，水分對(duì)不同棉花品種的單株結(jié)鈴數(shù)和產(chǎn)量具有顯著影響，抗旱性較弱棉花品種的單株結(jié)鈴數(shù)、總鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量及皮棉產(chǎn)量均隨滴水量的降低而下降，而抗旱性較強(qiáng)棉花品種的產(chǎn)量及構(gòu)成因素在正常灌溉和限量灌溉條件下無差異。因此棉花的單鈴重和衣分主要由品種自身的特性決定，受環(huán)境的影響較小，而灌水量對(duì)籽棉產(chǎn)量的影響主要是通過影響單株鈴數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

棉花纖維品質(zhì)也是決定棉花經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要指標(biāo)[18]。有研究[21-23]發(fā)現(xiàn)隨灌水量的增加棉花的纖維長度和斷裂比強(qiáng)度呈上升趨勢、馬克隆值呈降低趨勢；但王峰等[18-19]研究表明，水分處理對(duì)棉花上半部平均長度、伸長率及斷裂比強(qiáng)度影響不顯著，灌溉頻率與灌水定額間無交互作用，因此棉花纖維品質(zhì)基本由品種決定，水分的影響十分有限。本研究結(jié)果表明，抗旱性較強(qiáng)棉花品種的纖維長度、整齊度、斷裂比強(qiáng)度、伸長率較高，但馬克隆值較低。滴水量對(duì)棉花纖維長度、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度和伸長率也有顯著影響，但限量滴灌下，P17的各纖維品質(zhì)指標(biāo)以及P22的整齊度指數(shù)、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度均沒有顯著變化，而虧缺滴灌對(duì)抗旱性較弱棉花品種的品質(zhì)具有顯著影響。

棉花的脫葉催熟是實(shí)行機(jī)械化采收必不可少的重要環(huán)節(jié)，有效地促進(jìn)棉花葉片盡快脫落和棉鈴集中吐絮，可以降低機(jī)采棉的含雜率和漏采率，提高機(jī)械采收作業(yè)質(zhì)量，進(jìn)而還可以改善田間通風(fēng)透光狀況，有利于促進(jìn)棉鈴的開裂[24]；同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn)，土壤過于干旱及灌水量太大，都不利于棉花脫葉[25]，通過協(xié)調(diào)滴水量來促進(jìn)冠層結(jié)構(gòu)改善和集中棉鈴?fù)滦跏沁m應(yīng)機(jī)械化采收產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵[26-27]。本研究發(fā)現(xiàn)，棉花的脫葉吐絮性狀主要由品種自身決定。適當(dāng)減少灌水量并不會(huì)影響棉花脫葉率、葉片干枯率和懸掛率，但虧缺灌溉對(duì)棉花脫葉性狀具有顯著影響，而且在噴施藥后的15 d之內(nèi)脫葉速度較高(尤其是打藥后6 d內(nèi))，15 d之內(nèi)未脫落的葉片在其后亦難脫落。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，抗旱性較弱的棉花品種對(duì)脫葉劑的敏感度高于抗旱性較強(qiáng)的品種，適當(dāng)降低灌水量并不會(huì)影響棉花對(duì)脫葉劑的響應(yīng)，過度的干旱脅迫會(huì)顯著降低棉花對(duì)脫葉劑的敏感度。正常灌溉和限量灌溉條件下，抗旱性較強(qiáng)的品種棉花的吐絮率在噴施藥后3～12 d較高，抗旱性較弱品種在限量灌溉下會(huì)顯著影響最后的吐絮，而且在噴施藥后的18 d之內(nèi)未吐絮的棉鈴在其后亦難吐絮。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)抗旱性較強(qiáng)的品種對(duì)催熟劑的敏感度較高，但藥效持續(xù)期較短；抗旱性較弱的品種對(duì)催熟劑的敏感度較低，但藥效持續(xù)期較長，且虧缺灌溉處理會(huì)顯著增加棉花對(duì)催熟劑的敏感度和降低藥效的持續(xù)時(shí)間。

棉花倒伏是追求過高產(chǎn)量而導(dǎo)致的一種現(xiàn)象[28]，雖然狂風(fēng)、暴雨等氣象因素會(huì)影響倒伏，但棉花倒伏主要由品種、土壤、種植密度、水肥管理的不合理造成[29-30]，倒伏后主莖或根部受機(jī)械損傷，不僅導(dǎo)致植株對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和輸送能力減弱[31]，還會(huì)使棉花葉片活性下降，使葉片對(duì)脫葉劑的吸收、運(yùn)輸效率降低，不利于脫葉；此外，棉花倒伏致使冠層結(jié)構(gòu)惡化，通風(fēng)透光效果較差，不利于棉鈴?fù)滦?，因此，棉花倒伏將?yán)重影響棉花脫葉吐絮效果和機(jī)械收獲質(zhì)量[31]。本研究發(fā)現(xiàn)，棉花倒伏的根本原因是柔軟的主莖無法支撐起龐大的地上生物量。品種和滴水量對(duì)棉花倒伏均有顯著影響，抗旱性較強(qiáng)品種棉花的倒伏率顯著低于抗旱性較弱的品種，同時(shí)適當(dāng)降低滴水量可以顯著降低棉花的倒伏，但極度干旱反而會(huì)導(dǎo)致抗旱性較弱品種倒伏，可能原因是抗旱性較弱品種棉花主莖比較柔軟而導(dǎo)致倒伏率較高；在正常灌溉下，地上生物量較高導(dǎo)致棉花嚴(yán)重倒伏；在干旱脅迫條件下，抗旱性較弱品種棉花主莖的堅(jiān)韌度降低而導(dǎo)致倒伏率上升。因此，選育主莖堅(jiān)韌的品種和在栽培過程中合理協(xié)調(diào)地上部分的生物量是避免倒伏的主要措施。大田試驗(yàn)易受棉花品種、環(huán)境等因素影響，本研究通過1 a試驗(yàn)得出等行距密植條件下最佳棉花產(chǎn)量、品質(zhì)及脫葉吐絮效果對(duì)應(yīng)的滴水量為3900～4800 m3·hm-2，但滴水周期、滴水定額等滴灌策略對(duì)產(chǎn)量形成的影響機(jī)制尚不清楚，而如何通過優(yōu)化滴灌策略挖掘棉花抗旱潛力有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

等行距密植條件下，抗旱性較強(qiáng)的品種(新陸早22號(hào))在限量灌溉處理下的棉花籽棉產(chǎn)量和纖維品質(zhì)與正常灌溉處理無顯著差異，但倒伏率顯著降低，吐絮率提高；抗旱性弱的品種(新陸早17號(hào))在限量灌溉處理下由于單株鈴數(shù)減少導(dǎo)致棉花籽棉產(chǎn)量顯著降低，但纖維品質(zhì)和脫葉吐絮沒有受到影響。因此，滴水3900～4800 m3·hm-2并選用抗旱性較強(qiáng)的棉花品種，可在不顯著降低等行距密植棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的前提下，優(yōu)化吐絮效果，降低倒伏率，有利于提高機(jī)采質(zhì)量。